隧道ⅴ级围岩喷射混凝土衬砌厚度数值分析

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1、隧道Ⅴ级围岩喷射混凝土衬砌厚度数值分析摘要：喷射混凝土作为新奥法施工的三大必须手段之一，对洞室围岩起到支护的作用，其中喷射混凝土衬砌的厚度对围岩支护效果影响较大。本文针对公路隧道Ⅴ级围岩进行UDEC数值模拟，分析不同喷层厚度对围岩稳定性的影响。结果表明，对于Ⅴ级隧道围岩，要采用钢拱架、钢筋网、锚杆和喷射混凝土联合支护，且喷射混凝土厚度为25cm时，支护效果最好。研究结果为隧道初期支护施工设计提供了科学依据和参考。中国7/vie　　Abstract：Asoneofthreeessentialmean

2、softheneethodconstructional，theshotcreteconstructionplaysasupportingroleinthesurroundingrock，andtheshotcreteliningthicknesshasagreateffectonthesupportingeffectofthesurroundingrock.TheUDECnumericalsimulationforClass-Vsurroundingrockintunnelsistakentoan

3、alyzetheinfluenceofdifferentshotcretethicknessonthestabilityofthesurroundingrock.Theresultsshoesh，boltandshotcreteforbinedsupportandshotcretethicknessis25cm，thesupportingeffectisbest.Theresultsprovidescientificbasisandreferenceforinitialsupportingcons

4、tructiondesignofthetunnel.　　关键词：喷射混凝土；衬砌厚度；数值分析；围岩稳定；联合支护　　Keyericalanalysis；stabilityofsurroundingrock；binedsupport　　中图分类号：U452.1+2文献标识码：A：1006-4311（2017）13-0150-03　　1UDEC简介　　基于牛顿第二定律建立起来的��体离散单元法在1971年提出之初主要用在岩石边坡运动的分析和研究中，之后又推广应用到准静力或动力条件下节理系统或块体集合

5、的力学研究中。假设块体为准刚度体，节理或弱面控制影响着块体的运动。将节理岩体看作由裂隙切割的非连续介质，相互切割的裂隙将岩体分成相互独立的块体单元，单元之间可以看成是角-角接触、角-边接触或边-边接触。块体间的边-边接触可分解为由两个角-边接触而成，并且随着单元的平移和转动，允许调整各个单元之间的接触关系，最终块体单元可能达到平衡状态，也可能一直运动下去。　　离散单元法可以对由不同块体构成的整体进行应力、应变的分析计算，各不同块体之间通过接触点的耦合作用实现连接。目前许多类型的岩体，在构造弱面的强

6、度和刚度都不及岩石本身，基于这点来看，为了排除更多具有不确定性（自由度）的研究对象，一般都将各不同岩石块体假设为刚性，则各接触点或接触面发生的变形就是决定结构位移总量的主要因素。此时所采用的研究对象通常被认定是不同离散块体的堆砌，但是如果参照位移与力的关系式来解析块体之间的相互作用力，会发现单个块体的运动状态与牛顿运动定律是一致的，也就是说力与力矩相互平衡。构建数值分析模型时，应该注意平衡方程、变形协调方程以及本构方程的解算要求，同时还要兼顾一些边界条件。严格来讲，离散元块体之间不存在相互的约束关

7、系，彼此之间没有变形协调的约束作用，从这点来看，构建数值分析模型时只需考虑物理方程和运动方程的约束条件即可。　　2模拟方案设计　　采用离散元数值软件UDEC，基于摩尔-库伦准则为屈服条件，建立二维离散元数值模型。分析公路隧道Ⅴ级围岩情况下，不同喷射混凝土层厚度对围岩的支护效果，建立统一的数值模型尺寸和形状。选取喷层厚度作为变量，进行数据分析处理，研究喷射混凝土厚度的支护效果差异，从而确定最优的喷层厚度[1-4]。　　隧道断面采用三心圆，尺寸采用四车道的标准设计路基宽为12.25m，R1=6.5m，

8、R2=5.5m。依据JTGD70-2004《公路隧道设计规范》，Ⅴ级隧道围岩物理力学参数的经验取值如表1所示。　　喷射混凝土采用C25混凝土，参数取值如表2所示。　　建立数值模型计算时主要考虑该范围内的围岩体，具体为隧道上部覆盖围岩体厚度取3倍四车道跨度，约43m，左右两边岩体厚度取4倍隧道跨度约55m，底部掩体厚度取3倍隧道跨度。按照上述设计尺寸，并在参考地质概况的基础上，添加倾角为45°的岩层节理面，划分网格，按照1：1比例尺寸建立模型。　　施加边界条件，限制左右两侧水平方向位